Xem mẫu

  1. Bộ môn: Động cơ đốt trong Đồ án tốt nghiệp Luận văn Đề tài: "Hệ thống phun xăng điện tử" SV: Phan Mạnh Hà 1 GVHD: KS. Nguyễn Thế Trực
  2. Bộ môn: Động cơ đốt trong Đồ án tốt nghiệp MỤC LỤC Nội dung Trang LỜI NÓI ĐẦU ....................................................................................................3 Chương I .............................................................................................................4 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU ..............................................4 1.1. Đặt vấn đề. ..............................................................................................4 1.2. Phương pháp nghiên cứu. ........................................................................6 1.3. Nội dung nghiên cứu. ..............................................................................6 Chương II............................................................................................................7 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HỆ THỐNG PHUN XĂNG ĐIỆN TỬ ............7 2.1. Sơ lược về hệ thống phun xăng điện tử....................................................7 2.2. So sánh các chế độ làm việc của hệ thống phun xăng và hệ thống dùng chế hòa khí. ...........................................................................................8 2.2.1. Chế độ không tải. ..............................................................................8 2.2.2. Chế độ tăng tốc. ................................................................................9 2.2.3. Chế độ khởi động. .............................................................................9 2.2.4. Chế độ sấy nóng ..............................................................................11 2.2.5. Chế độ toàn tải................................................................................12 2.2.6. Chế độ giảm tốc đột ngột...................................................................13 2.3. Các thành phần chính trong hệ thống.....................................................13 2.3.1. Cảm biến và các tín hiệu đầu vào.....................................................13 2.3.1.1. Cảm biến và áp suất đường ống nạp ........................................13 2.3.1.2. Cảm biến tốc độ động cơ và vị trí pistong.................................15 2.3.1.3. Cảm biến vị trí bướm ga...........................................................17 2.3.1.4. Cảm biến nhiệt độ nước làm mát và nhiệt độ khí nạp ...............18 2.3.1.5. Cảm biến oxy............................................................................20 2.3.1.6. Cảm biến kích nổ......................................................................21 2.3.1.7. Một số tín hiệu khác...................................................................22 2.3.2. Bộ điều khiển điện tử ECU. .............................................................23 2.3.2.1. Tổng quan về ECU..............................................................................23 2.3.2.2. Cấu tạo của ECU.................................................................................24 2.2.2.3. Mạch giao tiếp cổng vào....................................................................24 2.3.2.4. Mạch giao tiếp cổng ra.......................................................................27 2.3.3. Cơ cấu chấp hành và tín hiệu ra..................................................................27 2.3.3.1. Điều khiển vòi phun...........................................................................27 2.3.3.2. Điều khiển đánh lửa...........................................................................30 2.3.3.3. Điều khiển bơm xăng.........................................................................32 2.3.3.4. Điều khiển quạt làm mát động cơ......................................................34 2.3.3.5. Hệ thống chuẩn đoán.........................................................................35 Chương III.........................................................................................................37 Xây dựng tài liệu kỹ thuật kiểm tra hệ thống phun xăng điện tử ...................37 3.1. Giới thiệu chung....................................................................................37 3.2. Hệ thống phun xăng điện tử trên động cơ 5S - FE............................................37 SV: Phan Mạnh Hà 2 GVHD: KS. Nguyễn Thế Trực
  3. Bộ môn: Động cơ đốt trong Đồ án tốt nghiệp 3.3. Các thông sô kỹ thuật của hệ thống phun xăng điện tử.....................................41 3. 4. Quy trình kiểm tra ................................................................................44 3.4.1. Chuẩn đoán hệ thống dựa vào đèn check hoặc thiết bị đọc lỗi........44 3.4.1.1. Cách đọc lỗi trên đèn check......................................................44 3.4.1.2. Phân tích các lỗi trên hệ thống .................................................45 3.4.2. Kiểm tra các thành phần trong hệ thống phun xăng điện tử.............50 3.4.2.1. Kiểm tra nguồn của hệ thống...................................................50 3.4.2.2. Kiểm tra cảm biến vị trí bướm ga......................................................54 3.4.2.3. Kiểm tra cảm biến chân không..........................................................58 3.4.2.4. Kiểm tra vòi phun..............................................................................60 3.4.2.5. Kiểm tra cảm biến nhiệt độ khí nạp....................................................62 3.4.2.6. Kiểm tra cảm biến nhiệt độ nước làm mát..........................................65 3.4.2.7. Kiểm tra tín hiệu khởi động...............................................................67 3.4.2.8. Kiểm tra tín hiệu đánh lửa.................................................................69 3.4.2.9. Kiểm tra tín hiệu van không tải ISC..................................................73 3.4.2.10. Kiểm tra tín hiệu chuẩn đoán...........................................................75 3.4.2.11. Kiểm tra tín hiệu của cảm biến oxy.................................................78 3.4.2.12. Kiểm tra bơm xăng...........................................................................81 3.4.2.13. Kiểm tra công tắc nhiệt độ nước......................................................82 Chương IV ........................................................................................................83 XÂY DỰNG CÁC BÀI THÍ NGHIỆM VỀ HỆ THỐNG PHUN XĂNG DIỆN TỬ TRÊN MÔ HÌNH ĐỘNG CƠ 5S - FE.....................................................................83 SV: Phan Mạnh Hà 3 GVHD: KS. Nguyễn Thế Trực
  4. Bộ môn: Động cơ đốt trong Đồ án tốt nghiệp LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay với sự phát triển rất nhanh và mạnh mẽ của nền khoa học thì hệ thống phun xăng điện tử sử dụng trên xe ôtô ngày càng được phát triển và sử dụng rộng rãi. Qua quá trình học tập và làm đồ án tốt nghiệp chúng tôi thấy rằng hệ thống phun xăng điện tử sử dụng trên ôtô có những ưu điểm vượt trội so với các hệ thống nhiên liệu trước đó như tiết kiệm nhiên liệu hơn, khí thải ra sạch sẽ hơn, công suất được nâng cao hơn... Chính vì những ưu điểm vượt trội đó tôi đã lựa chọn đề tài: “ Nghiên cứu xây dựng tài liệu kỹ thuật kiểm tra hệ thống phun xăng điện tử và xây dựng các bài thí nghiệm trên mô hình động cơ Toyota 5S – FE. Được sự giúp đỡ và chỉ bảo tận tình của thầy giáo Nguyễn Thế Trực cùng toàn thể các thầy cô giáo trong bộ môn động cơ đốt trong đã tạo điều kiện cho tôi hoàn thành đồ án này. Nhưng do chưa có kinh nghiệm và trình độ của bản thân còn hạn chế nên trong đồ án không tránh khỏi những sai xót. Rất mong được sự chỉ bảo của các thầy cô để đồ án ngày càng được hoàn thiện hơn. Hà Nội ngày 28 tháng 5 năm 2008 Sinh viên thực hiện Phan Mạnh Hà SV: Phan Mạnh Hà 4 GVHD: KS. Nguyễn Thế Trực
  5. Bộ môn: Động cơ đốt trong Đồ án tốt nghiệp CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1. ĐẶT VẤN ĐỀ Cùng với sự ra đời và phát triển của động cơ đốt trong, hệ thống cung cấp nhiên liệu cho động cơ đốt trong cũng ngày càng phát triển để đảm bảo yêu cầu về giảm khí thải, giảm ô nhiễm môi trường, tiết kiệm tối đa nhiên liệu.... Suốt thời gian qua, các hệ thống nhiên liệu trong xe hiện nay đã thay đổi rất nhiều, những yêu cầu cho nó ngày càng khắt khe hơn. Cùng với sự phát triển đó bộ chế hòa khí cũng ngày càng được phức tạp hóa hơn, để đảm bảo động cơ hoạt động một cách hiệu quả nhất. Tuy bộ chế hòa khí đã ngày càng phát triển nhưng vẫn tồn tại những khuyết điểm không thể khắc phục. Sự ra đời của hệ thống phun xăng đã khắc phục được những nhược điểm của bộ chế hòa khí, vì vậy ngày nay trên các động cơ hầu hết đều dùng hệ thống phun xăng điện tử . Sự ra đời của hệ thống phun xăng điện tử bắt đầu từ thế kỷ 19, một kỹ sư người Pháp, ông Stevan đã nghĩ ra cách phun nhiên liệu cho một máy nén khí. Sau đó một thời gian, một người Đức đã cho phun nhiên liệu vào buồng cháy nhưng không mang lại hiệu quả nên không được thực hiện. Đầu thế kỷ 20, người Đức áp dụng hệ thống phun nhiên liệu trong động cơ 4 kỳ tĩnh tại (nhiên liệu dùng trên động cơ này là dầu hỏa nên hay bị kích nổ và hiệu suất thấp). Tuy nhiên sau đó sáng kiến này đã được ứng dụng thành công trong việc chế tạo hệ thống cung cấp nhiên liệu cho máy bay ở Đức. Đến năm 1966 hãng Bosch đã thành công trong việc chế tạo hệ thống phun xăng kiểu cơ khí. Trong hệ thống phun xăng này nhiên liệu được phun liên tục vào trước xupap. Do hệ thống phun cơ khí còn nhiều nhược điểm nên đầu những năm 80 Bosch đã cho ra đời hệ thống phun sử dụng kim phun điều khiển bằng điện. Đến năm 1984 người Nhật mua bản quyền của Bosch đã ứng dụng hệ thống phun xang bằng điện trên các xe của hãng Toyota. SV: Phan Mạnh Hà 5 GVHD: KS. Nguyễn Thế Trực
  6. Bộ môn: Động cơ đốt trong Đồ án tốt nghiệp Ngày nay gần như tất cả các ôtô đều được trang bị hệ thống phun xăng và diesel giúp động cơ đáp ứng được những nhu cầu gắt gao về khí xả và tính tiết kiệm nhiên liệu. Với những ưu điểm nổi bật của hệ thống phun xăng: + Có thể cấp hỗn hợp không khí – nhiên liệu đồng đều đến từng xilanh + Có thể đạt được tỷ lệ không khí – nhiên liệu chính xác với tất cả các dải tốc độ của động cơ + Đáp ứng kịp thời với sự thay đổi góc mở bướm ga + Khả năng hiệu chỉnh hỗn hợp không khí – nhiên liệu dễ dàng: có thể làm đậm hỗn hợp khi nhiệt độ thấp hoặc cắt nhiên liệu khi giảm tốc độ. + Hiệu suất nạp hỗn hợp không khí – nhiên liệu cao. + Do kim phun được bố trí gần supap hút nên dòng khí nạp trên ống góp hút có khối lượng thấp sẽ đạt tốc độ xoáy lốc cao, nhờ vậy nhiên liệu sẽ không bị thất thoát trên đường ống nạp và hòa khí sẽ được hòa trộn tốt hơn. Nhờ những ưu điểm vượt trội đó mà mặc dù ra đời rất muộn nhưng hệ thống phun xăng điện tử đã phát triển rất mạnh mẽ. Trong khi hiện nay nền công nghiệp của các nước trên thế giới đang phải đối mặt với vấn đề khan hiếm nhiên liệu khi các tài nguyên đang ngày càng cạn kiệt và ô nhiễm môi trường một cách trầm trọng làm ảnh hưởng tới môi trường và khí hậu toàn thế giới. Chính vì vậy sự ra đời của hệ thống phun xăng điện tử như một lời giải về sự tiết kiệm nhiên liệu và ô nhiễm môi trường cho công nghiệp ôtô nói riêng và công nghiệp thế giới nói chung. Ở Việt Nam hệ thống phun xăng điện tử (EFI) mới chỉ mới xuất hiện vào những năm gần đây. Năm 1995 cùng với sự ra đời của toyota VN các xe ôtô du nhập vào Việt Nam đã có mang theo công nghệ này, nhưng còn chưa mạnh mẽ. Mãi những năm gần đây khi hội nhập thì hệ thống phun xăng điện tử trên ôtô của VN cũng ngày càng phát triển mạnh mẽ. Hiện nay ở nước ta đã có hơn 50% các xe ôtô đã sử dụng hệ thống tiên tiến này. Tuy nhiên việc hệ thống này có phát triển mạnh mẽ trong thời gian tới ở VN hay không đang đươc đặt một dấu hỏi lớn. Việc sử dụng hệ thống này không khó, xong khi nó hỏng hóc hay cần bảo SV: Phan Mạnh Hà 6 GVHD: KS. Nguyễn Thế Trực
  7. Bộ môn: Động cơ đốt trong Đồ án tốt nghiệp hành thì kiến thức và kinh nghiệm của đại đa số thợ và kỹ sư trong nước hiện nay chưa đủ để có thể can thiệp vào EFI. Mà có đủ thì cũng khó có thể tìm phụ tùng thay thế đúng tiêu chuẩn. Chính vì vậy việc phát triển thợ sửa chữa và các kỹ sư chất lượng cao cho ngành này đang là nhu cầu thiết yếu để phát triển nó. Tuy nhiên các giáo trình ở VN về hệ thống này gần như là chưa có hoặc nếu có cũng không được chi tiết và rõ ràng. Vì vậy việc cấp thiết bây giờ là phải xây dựng tài liệu kỹ thuật về sửa chữa và bảo dưỡng hệ thống này. 1.2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Tìm hiểu hệ thống EFI trên các tài liệu, giáo trình... liên quan đến hệ thống phun xăng điện tử. Xây dựng cách kiểm tra và quy trình khi kiểm tra hỏng hóc trên hệ thống phun xăng điện tử. Xây dựng các bài thí nghiệm về hệ thống phun xăng điện tử Thực hiện các bài thí nghiệm đó trên động cơ 5SFE và rút ra kết luận 1.3. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU - Tổng quan về vấn đề nghiên cứu - Tìm hiểu về hệ thống phun xăng điện tử - Xây dựng hồ sơ kỹ thuật và kiểm tra hệ thống phun xăng điện tử trên động cơ 5S-FE - Xây dựng các bài thí nghiệm hệ thống phun xăng điện tử trên mô hình động cơ 5S-FE SV: Phan Mạnh Hà 7 GVHD: KS. Nguyễn Thế Trực
  8. Bộ môn: Động cơ đốt trong Đồ án tốt nghiệp CHƯƠNG II GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HỆ THỐNG PHUN XĂNG ĐIỆN TỬ 2.1. SƠ LƯỢC VỀ HỆ THỐNG PHUN XĂNG ĐIỆN TỬ Hệ thống gồm có 3 thành phần chính: Các loại cảm biến và tín hiệu đầu vào, Bộ điều khiển điện tử ECU, và thành phần cơ cấu chấp hành. Hình2.1. Cấu trúc của hệ thống điều khiển Động cơ +) Cảm biến và tín hiệu đầu vào. Cảm biến và các tín hiệu đầu vào có nhiệm vụ tìm ra các trạng thái làm việc của động cơ và các giá trị thay đổi yêu cầu trong quá trình làm việc. Quá trình chuyển đổi ở đây là từ các đại lượng vật lý chuyển thành các tín hiệu điện. SV: Phan Mạnh Hà 8 GVHD: KS. Nguyễn Thế Trực
  9. Bộ môn: Động cơ đốt trong Đồ án tốt nghiệp +) ECU (Electronic control unit). ECU xử lý các thông tin từ cảm biến, bằng việc so sánh với bộ dữ liệu tối ưu được nạp sẵn vào bộ vi xử lý, sau đó ECU sẽ tính toán và đưa ra tín hiệu điều khiển cơ cấu chấp hành. ECU điều khiển các cơ cấu chấp hành bằng các tín hiệu điện. ECU cũng được kết nối với các hệ thống điều khiển khác và hệ thống chuẩn đoán trên xe +) Cơ cấu chấp hành. Cơ cấu chấp hành chuyển các tín hiệu điện từ ECU thành các chuyển động cơ khí hoặc các chuyển động điện 2.2. SO SÁNH HỆ THỐNG PHUN XĂNG VỚI HỆ THỐNG DÙNG CHẾ HÒA KHÍ Khi làm việc bình thường ở chế độ ổn định thì hệ thống phun xăng không có gì khác so với bộ chế hòa khí. Khi có sự thay đổi, ở các chế độ khác nhau ta thấy rõ được sự khác nhau của hệ thống phun xăng so với dùng chế hòa khí. 2.2.1. Ở chế độ không tải chuẩn + Đối với bộ chế hòa khí: Bướm ga hầu như đóng kín, xăng không được hút ra từ họng chính vì độ chân không của họng nhỏ, mà xăng được hút qua đường không tải thông với không gian sau bướm ga. Lúc ấy trong xylanh có hệ số khí sót rất lớn, muốn cho động cơ chạy ổn định cần có hòa khí đậm (=0,6). Do hòa khí rất đậm sẽ gây ra suất tiêu hao nhiên liệu rất lớn và lượng độc hại của thành phần khí xả bao gồm CO và HC rất lớn. + Đối với hệ thống phun xăng điện tử: Để tạo một thành phần hòa khí hoàn hảo nhất thì thông thường nó được thực hiện bằng hai van khí chỉ điều chỉnh riêng thành phần không khí. Còn lượng xăng đưa vào bao nhiêu được quyết định bởi tốc độ động cơ. Hệ thống này ưu việt hơn hẳn bộ chế hòa khí do trong chế hòa khí xăng được đưa vào chế độ không tải là nhờ độ chân không sau bướm ga hoàn toàn không điều khiển được lượng xăng còn hệ thống phun xăng điện tử SV: Phan Mạnh Hà 9 GVHD: KS. Nguyễn Thế Trực
  10. Bộ môn: Động cơ đốt trong Đồ án tốt nghiệp lượng xăng đưa vào được tính toán một cách chính xác. Có thể nói trong hệ thống phun xăng điện tử số vòng quay không tải thấp nhất, hỗn hợp cháy không tải nhạt nhất mà vẫn đảm bảo sự làm việc của động cơ. 2.2.2. Ở chế độ tăng tốc + Đối với bộ chế hòa khí: Khi đột ngột tăng tốc hỗn hợp trở nên nghèo, một lượng nhiên liệu sẽ được bù thêm vào trong suốt quá trình tăng tốc. Hơn nữa trong một thời gian ngắn khi tăng tốc động cơ chấp nhận sử dụng hỗn hợp có =0,9 để đạt được mômen cực đại. Tín hiệu nhận biết tăng tốc là sự thay đổi đột ngột vị trí bướm ga thông qua hệ thống cơ khí làm cho bơm tăng tốc ngay lập tức phun một lượng xăng vào trước họng đảm bảo hỗn hợp không quá nhạt. + Đối với hệ thống phun xăng điện tử: Cũng tương tự bộ chế hòa khí cần thêm nhiên liệu để hỗn hợp không bị nhạt. Để đảm bảo lượng xăng chính xác tạo cho quá trình chuyển tiếp được tốt và đạt sức kéo lớn trong khi tăng tốc thì tín hiệu được xác định lượng phun cần thiết dựa trên nhiệt động cơ và sự thay đổi đột ngột vị trí bướm ga. Tín hiệu để nhận biết tăng tốc chính là tín hiệu của cảm biến bướm ga. Đối với bướm ga kiểu chiết áp tín hiệu để nhận biết xe tăng tốc chính là sự thay đổi đột ngột điện áp ở chân giữa của chiết áp. Nếu bình thường thì ECU phải biết được sự thay đổi lượng khí nạpvào hoặc sự thay đổi của độ chân không đường nạp, sau đó tính toán lượng xăng cần thiết, như thế sẽ quá lâu. Để tăng tốc thì khi ECU nhận được tín hiệu thay đổi đột ngột của bướm ga, thì ngay lập tức nó dựa vào nhiệt độ động cơ để phun chứ không cần biết lưu lượng khí hoặc độ chân không đường nạp là bao nhiêu. Vòi phun sẽ phun đúp vài lần (tùy theo từng hãng) chờ sẵn ở đường nạp mỗi xilanh. SV: Phan Mạnh Hà 10 GVHD: KS. Nguyễn Thế Trực
  11. Bộ môn: Động cơ đốt trong Đồ án tốt nghiệp 2.2.3. Chế độ khởi động động cơ + Đối với bộ chế hòa khí: Khi khởi động, số vòng quay động cơ nhỏ nên độ chân không ở họng rất nhỏ, nhiên liệu bị hút vào ít, không tơi và khó bay hơi do nhiệt độ thấp. Do đó để dễ dàng cho việc khởi động cần có thêm một lượng nhiên liệu để hỗn hợp có thể đậm hơn. Để giải quyết vấn đề này bộ chế thường dùng bướm gió, do khi khởi động bướm gió đóng kín nên độ chân không sau bướm gió lớn nên cả hệ thống chính và hệ thống không tải đều hoạt động làm cho hỗn hợp đậm theo yêu cầu. Khi động cơ đã nổ, để tránh hiện tượng hỗn hợp quá đậm do chưa mở bướm gió thì trên bướm gió lắp một van khí nhằm bù thêm không khí khi động cơ đã nổ mà chưa mở bướm gió. + Đối với động cơ phun xăng: Khi động cơ vừa khởi động do tốc độ động cơ dao động rất lớn vì thế phép đo lượng không khí vào không chính xác. Lúc này lượng xăng phun dựa vào tín hiệu khởi động và nhiệt độ động cơ. Trong suốt quá trình khởi động không chỉ có một lượng xăng lớn được vòi phun phun vào mà một lượng nhiên liệu nữa cũng được phun bởi vòi phun khởi động lạnh đặt ở giữa đường chia khí phía sau bướm ga. Một công tắc nhiệt lắp trên đường nước làm mát động cơ sẽ xác định thời gian vòi phun khởi động lạnh làm việc, công tắc này đặc biệt là ngoài việc nhận nhiệt từ nước làm mát nó còn được đốt nóng bởi một dòng điện trong quá trình động cơ khởi động. Mục đích của việc đốt nóng công tắc nhiệt là khi trời quá lạnh công tắc nhiệt sẽ tự cắt sau 78 giây nhằm tránh hiện tượng sặc xăng. Lượng nhiên liệu phun thêm vào là cần thiết do trong quá trình khởi động số vòng quay rất thấp nên sự xoáy lốc tạo hỗn hợp rất kém làm cho hỗn hợp rất nghèo ngoài ra do nhiệt độ đường ống nạp thấp nên nhiên liệu bay hơi hòa trộn rất ít mà đa phần bị ngưng đọng trên đường ống nạp. Để giải quyết vấn đề này và tạo cho động cơ lạnh dễ dàng thì vòi phun khởi động lạnh phun thêm nhiên liệu trong một thời gian ngắn khi động cơ khởi động. + Thay đổi đặc tính phun khi khởi động được rất nhiều hãng áp dụng đối với loại xe không trang bị vòi phun khởi động riêng. Lượng xăng phun thêm sẽ do các vòi phun chính đảm nhiệm. Thay vì chỉ phun 1 hoặc 2 lần. ECU sẽ điều khiển xăng phun nhiều lần trong một chu trình động cơ nhằm tạo mục đích tạo ra hỗn hợp đậm. Lượng xăng phun thêm sẽ giảm dần khi tốc độ động cơ vượt qua một ngưỡng nhất định tùy theo nhiệt độ và số vòng quay. SV: Phan Mạnh Hà 11 GVHD: KS. Nguyễn Thế Trực
  12. Bộ môn: Động cơ đốt trong Đồ án tốt nghiệp + Khi động cơ phun xăng khởi động không chỉ có một lượng xăng được phun thêm mà thời điểm đánh lửa cũng được quá trình khởi động và quá trình sưởi ấm máy mỗi lần khởi động. Tín hiệu để tạo sự hiệu chỉnh thời điểm đánh lửa là tốc độ động cơ, nhiệt độ động cơ và nhiệt độ khí nạp. Nếu nhiệt độ động cơ lạnh và tốc độ động cơ thấp thì góc đánh lửa tốt nhất là ở gần điểm chết trên. Nếu góc đánh lửa quá lớn thì có thể gây nguy hiểm do sự trở ngược của mô men quay gây hư hỏng môtơ khởi động. Nếu tốc độ động cơ ban đầu lớn và thêm nữa góc đánh lửa cũng được hiệu chỉnh tốt thì động cơ sẽ dễ dàng khởi động và nhiệt độ động cơ tăng lên nhanh chóng. Nếu động cơ nóng, sự trả ngược của mômen quay thậm trí xảy ra với góc đánh lửa nhỏ, nguyên nhân là do hỗn hợp của nhiên liệu và không khí hòa trộn rất tốt nên khả năng cháy và tốc độ cháy lớn. Để giải quyết vấn đề này góc đánh lửa được giảm bớt tương xứng khi nhiệt độ động cơ tăng lên. Và góc đánh lửa cũng vì thế mà giảm đi nhiệt độ không khí đương nạp cao hơn nhiệt độ cuối nén của động cơ nhằm tránh kích nổ có thể xảy ra. + Sau khi khởi động, ở mức nhiệt độ thấp, vẫn cần thiết phun thêm một lượng nhiên liệu nữa để bù cho hỗn hợp nghèo do đa phần nhiên liệu đều bám trên thành vách xi lanh. Lượng nhiên liệu tăng thêm cũng làm tăng thêm mômen vì thế cải thiện được chế độ không tải sang chế độ có tải. Quá trình chạy sau khi khởi động cũng được điều chỉnh sao cho động cơ hoạt động mà không gặp phải vấn đề gì trong bất kỳ mức nhiệt độ nào, và đạt được sự tiêu thụ nhiên liệu là thấp nhất. Lượng nhiên liệu được sử dụng thời kỳ sau khởi động được điều chỉnh dựa vào nhiệt độ và thời gian. Giá trị nhiệt độ ban đầu được điều chỉnh gần như tuyến tính với thời gian. 2.2.4. Quá trình sấy nóng động cơ (Quá trình không tải nhanh) + Đối với động cơ dùng chế hòa khí cổ điển thường không được thiết kế hệ thống sấy do đó những động cơ sử dụng chế hòa khí thường bị tổn thất rất lớn làm tụt công suất thời kỳ khởi động lạnh. + Đối với động cơ phun xăng quá trình sấy nóng động cơ bắt đầu sau khi khởi động. Trong suốt quá trình sấy nóng động cơ phải cần thêm một lượng nhiên liệu nữa để bù vào phần nhiên liệu đọng trên thành vách xi lanh khi xi lanh còn nguội. Nếu xăng này không được thêm vào thì tốc độ động cơ sẽ bị giảm SV: Phan Mạnh Hà 12 GVHD: KS. Nguyễn Thế Trực
  13. Bộ môn: Động cơ đốt trong Đồ án tốt nghiệp xuống sau khi vòi phun khởi động lạnh làm kéo dài thời gian chạy ấm làm tăng tổn thất nhiệt và làm giảm công suất động cơ thời kỳ khởi động. + Vào thời kỳ này do động cơ lạnh nên sự tính toán chính xác lượng nhiên liệu là rất khó. Tại vì một lượng rất lớn nhiên liệu bị ngưng tụ lại nơi cuối đường ống thành những giọt nhiên liệu. Chỗ nhiên liệu này rất khó bay hơi khi động cơ còn lạnh. Do đó khi nhiệt độ thấp một lượng nhiên liệu nữa phải được thêm vào hỗn hợp sao cho sự bốc cháy trong xi lanh hoàn hảo nhất tại mọi nhiệt độ. + Thời điểm đánh lửa cũng phụ thuộc vào nhiệt độ động cơ do đó trong chương trình này góc đánh lửa cũng phải thay đổi. Hiệu ứng nhiệt độ được chương trính hóa riêng biệt cho mỗi kỳ khởi động, không tải, xuống dốc, nửa tải và toàn tải. + Lượng nhiên liệu thêm vào hỗn hợp nhiên liệu và không khí trong quá trình chạy ấm máy không đủ để đảm bảo động cơ chạy tốt nhất là ở chế độ không tải. Một động cơ lạnh sự cản trở masat bên trong cao hơn nhiều động cơ đã nóng, điều đó có nghĩa là số vòng quay không tải của một động cơ lạnh sẽ dễ dàng bị tụt xuống dẫn tới chết máy. Để đảm bảo vấn đề đó không xảy ra thì động cơ phải cần một lượng lớn khí hỗn hợp. Động cơ nhận lượng khí này từ van khí phụ. Van này mở cho phép động cơ được nhận thêm không khí lấy từ trước bướm ga. Lượng không khí này được xác định từ cảm biến lưu lượng khí nạp và lượng nhiên liệu được thêm vào một cách tương ứng. Lượng hỗn hợp thêm vào này đảm bảo động cơ chạy tại chế độ không tải mà không gặp phải vấn đề gì. Khi nhiệt độ động cơ đủ lớn thì van khí phụ cũng nóng làm lượng khí đi tắt qua bướm ga bị giảm dần và cắt hẳn đúng như yêu cầu. Van khí này bao gồm một thanh lưỡng kim sẽ điều chỉnh tiết diện lưu thông của thiết bị tùy theo nhiệt độ động cơ. Thiết bị bổ xung không khí còn được trang bị một mách điện đốt nóng, giống như công tắc nhiệt cho phép điều chỉnh một cách chủ động thời gian đóng mở cửa kênh nối bổ xung không khí. + Để hoàn thiện quá trình chạy sấy nóng động cơ, một số hệ thống phun sử dụng một cartographie bổ xung cho chương trình chạy ấm máy. Các số liệu chuẩn này cho phép xác định hệ số làm đậm khi sấy nóng tùy theo số vòng quay và tải trọng động cơ. Hệ số này sẽ nhỏ khi tải trọng và vòng quay nhỏ. SV: Phan Mạnh Hà 13 GVHD: KS. Nguyễn Thế Trực
  14. Bộ môn: Động cơ đốt trong Đồ án tốt nghiệp 2.2.5. Chế độ toàn tải Ở chế độ toàn tải động cơ đạt công suất lớn nhất tại = 0.9  0.95 do đó đối với cả động cơ sử dụng chế hòa khí và động cơ phun xăng tại chế độ toàn tải lượng nhiên liệu được đưa thêm vào để động co đạt được mômen cực đại. Động cơ phun xăng hỗn hợp được làm đậm thêm bằng cách tăng thời gian phun tùy theo loại động cơ và kiểu ôtô, mức độ làm đậm khi chạy toàn tải tùy thuộc vào các giá trị đã được lập trình từ trước. Khi động cơ làm việc ở 
  15. Bộ môn: Động cơ đốt trong Đồ án tốt nghiệp 2.3. CÁC THÀNH PHẦN CHÍNH TRONG HỆ THỐNG 2.3.1. Cảm biến và tín hiệu đầu vào 2.3.1.1.Cảm biến áp suất đường ống nạp - Vị trí: lắp ngay sau không gian của bướm ga - Cấu tạo: Cảm biến gồm một tấm silicon nhỏ (hay còn gọi là màng ngăn) dày hơn ở hai mép ngoài (khoảng 0,25mm) và mỏng hơn ở giữa (khoảng 0,025mm). Hai mép được làm kín cùng với mặt trong của tấm silicon tạo thành buồng chân không trong cảm biến. Mặt ngoài tấm silicon tiếp xúc với áp suất đường ống nạp. Hai mặt của tấm silicon được phủ thạch anh để tạo thành điện trở áp điện (Piezoresistor) Hình 2.2. cấu tạo cảm biến áp suất đường ống nạp - Nguyên lý hoạt động: Cảm biến áp suất đường ống nạp hoạt động dựa trên nguyên lý cầu Wheatstone. Mạch cầu Wheatstone được sử dụng trong thiết bị nhằm tạo ra một điện thế phù hợp với sự thay đổi điện trở. SV: Phan Mạnh Hà 15 GVHD: KS. Nguyễn Thế Trực
  16. Bộ môn: Động cơ đốt trong Đồ án tốt nghiệp + Ở trạng thái tĩnh: khi động cơ chưa làm việc áp suất không thay đổi màng ngăn không bị biến dạng tất cả 4 điện trở điện áp đều có giá trị bằng nhau lúc đó không có điện áp giữa 2 đầu cầu + Khi làm việc: khi áp suất đường ống nạp giảm, màng silicon bị biến dạng dẫn đến giá trị điện trở điện áp thay đổi và làm mất cân bằng cầu wheatstone. Kết quả là giữa 2 đầu cầu có sự chênh lệch điện áp và tín hiệu này được khuếch đại để mở transistor ở ngõ ra của cảm biến. Độ mở transistor phụ Hình 2.3. Đặc tính cảm biến áp suất đường ống nạp thuộc vào áp suất đường ống nạp dẫn đến sự thay đổi điện áp báo về ECU. 2.3.1.2. Cảm biến tốc độ động cơ và vị trí piston Cảm biến vị trí piston (còn gọi là tín hiệu G) báo cho ECU biết vị trí điểm chết trên hoặc trước điểm chết trên của piston. Công dụng của cảm biến này là để ECU xác định thời điểm đánh lửa và cả thời điểm phun. Cảm biến tốc độ động cơ (còn gọi là tín hiệu NE) dùng để báo tốc độ động cơ sử dụng trong quá trình tính toán hoặc tìm góc đánh lửa tối ưu và lượng nhiên liệu sẽ phun cho từng xylanh. Cảm biến này cũng được sử dụng vào mục đích điều khiển tốc độ không tải hoặc cắt nhiên liệu ở chế độ không tải cưỡng bức. - Vị trí: Có nhiều cách bố trí cảm biến G và NE trên động cơ: trong delco, trên bánh đà, hoặc trên bánh răng cam. - Cấu tạo của cảm biến tốc độ động cơ và vị trí piston: SV: Phan Mạnh Hà 16 GVHD: KS. Nguyễn Thế Trực
  17. Bộ môn: Động cơ đốt trong Đồ án tốt nghiệp Hinh 2.4. Sơ đồ bố trí cảm biến G và NE Bộ phận chính của cảm biến là một cuộn cảm ứng, một nam châm vĩnh kiểu và một rotor dùng để khép mạch từ có số răng tùy thuộc vào từng loại động cơ. - Nguyên lý hoạt động của cảm biến tốc độ động cơ và vị trí piston: dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ. + Ở trạng thái tĩnh: khi tốc độ động cơ bằng không roto không quay lên không có từ thông xuất hiện trong mạch . Tín hiệu là một đường thẳng + Khi làm việc: Khi đỉnh răng của rotor không nằm đối diện cực từ, thì từ thông đi qua cuộn dây cảm ứng sẽ có giá trị thấp vì khe hở không khí lớn nên có từ trở cao. Khi một đỉnh răng đến gần cực từ của cuộn dây, khe hở không khí giảm dần khiến từ thông tăng Hinh 2.5. Sơ đồ nguyên lý nhanh. Như vậy nhờ sự biến thiên từ thông, trên cuộn cảm biến kiểu điện từ dây sẽ xuất hiện một sức điện động cảm ứng. Khi đỉnh răng của rotor đối diện với cực từ của cuộn dây, từ thông đạt giá trị cực đại nhưng điện áp ở hai đầu cuộn dây bằng không. Khi đỉnh răng rotor di chuyển ra SV: Phan Mạnh Hà 17 GVHD: KS. Nguyễn Thế Trực
  18. Bộ môn: Động cơ đốt trong Đồ án tốt nghiệp khỏi cực từ, thì khe hở không khí tăng dần làm từ thông sinh ra giảm theo chiều ngược lại. Tín hiệu có dạng: Hinh 2.6. Sơ đồ mạch điện và dạng tín hiệu xung G và NE 2.3.1.3. Cảm biến vị trí bướm ga Đây là thông tin phản ánh mức tải của động cơ. Nó đặc biệt quan trọng hai trạng thái đầu (không tải) và 75% tải trở lên của bướm ga. Cảm biến bướm ga đưa ra thông tin quan trọng báo về ECU là thông tin về vị trí không tải và thông tin về vị trí toàn tải, và thông tin về thời điểm tăng tốc. Loại cảm biến kiểu biến trở có thể cho biết vị trí bướm ga tại bất kỳ vị trí nào, việc xác định tăng tốc đối với loại cảm biến này là việc tăng đột ngột điện áp tại chân giữa của cảm biến. - Vị trí: cảm biến vị trí cánh bướm ga được lắp ở trên trục cánh bướm ga. - Cấu tạo: Hình 2.7. Cấu tạo và đặc tính cảm biến vị trí bướm ga SV: Phan Mạnh Hà 18 GVHD: KS. Nguyễn Thế Trực
  19. Bộ môn: Động cơ đốt trong Đồ án tốt nghiệp - Nguyên lý hoạt động: Một điện áp không đổi 5V từ ECU cung cấp đến cực VC . + Khi cánh bướm ga mở làm con trượt sẽ trượt dọc theo điện trở mức điện áp tại chân giữa (VTA) tăng dần ứng với góc mở cánh bướm ga, giá trị này không cố định tại mức nào do đó để tín hiệu này có thể sử dụng để điều khiển phun thì tín hiệu phải đi qua một bộ chuyển đổi A/D (Analog to Digital converter) để tín hiệu trở thành giá trị số. + Khi không làm việc: cánh bướm ga đóng hoàn toàn tiếp điểm cầm chừng nối cực IDL với cực E2. V 5 tÝn hiÖu kh«ng t¶i 4 ga 3 Ýb ­ím Þ tr uv 2 hiÖ tÝn 1 0 100% ®é më b­ím ga Hình 2.8. Đặc tính cảm biến vị trí bướm ga 2.3.1.4.Cảm biến nhiệt độ nước làm mát và nhiệt độ khí nạp Mục đích của cảm biến nhiệt độ nước và nhiệt độ khí nạp là báo cho ECU biết giá trị nhiệt độ của động cơ và của khí nạp vào để ECU hiệu chỉnh lại lượng nhiên liệu phun và góc đánh lửa cho phù hợp. 2.3.1.4.1. Cảm biến nhiệt độ nước làm mát - Vị trí: Ở động cơ làm mát bằng nước cảm biến được gắn trên đường nước ra khỏi động cơ. SV: Phan Mạnh Hà 19 GVHD: KS. Nguyễn Thế Trực
  20. Bộ môn: Động cơ đốt trong Đồ án tốt nghiệp - Cấu tạo: Thường là trụ rỗng có ren bên ngoài, bên trong có gắn một điện trở dạng bán dẫn có hệ số nhiệt trỏ âm. Hình 2.9. Cảm biến nhiệt độ nước làm mát - Nguyên lý làm việc: Điện trở nhiệt là một phần tử cảm nhận thay đổi nhiệt độ theo điện trở. Khi nhiệt độ tăng điện trở giảm và ngược lại. Sự thay đổi giá trị của điện trở sẽ làm thay đổi giá trị điện áp được gửi tới ECU. + Khi nhiệt độ động cơ thấp giá trị điện trở cảm biến cao và điện áp gửi đến bộ biến đổi ADC lớn. Tín hiệu điện áp chuyển thành tín số và được giải mã nhờ bộ vi sử lý để thông báo cho ECU biết động cơ đang lạnh. + Khi động cơ nóng, giá trị điện trở cảm biến giảm kéo theo điện áp đặt giảm, báo cho ECU biết động cơ đang nóng. 40 20 10 8 ®iÖ 6 4 n 2 trë 1 (k 0.8 0.6 ) 0.4 0.2 -20 0 20 40 60 80 100 120 0 nhiÖt ®é C Hình 2.10. Đặc tính của cảm biến nhiệt độ nước làm mát SV: Phan Mạnh Hà 20 GVHD: KS. Nguyễn Thế Trực